Skip to main content
SUPERVISOR
Akbar Parvazian,Marzieh Rezazadeh,Zafarollah Kalantari
اکبر پروازیان (استاد مشاور) مرضیه رضازاده (استاد مشاور) سیدظفراله کلانتری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahsa Aghili
مهسا عقیلی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Simulation of the Neutron Generator based on Photoneutron Reactions
An appropriate neutron source for Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) should provide epithermal neutron flux in order of 10 9 n/s.cm 2 . Different neutron sources such as nuclear reactors, different types of accelerators, radioisotopes and neutron generators, have been used in BNCT which have some advantages and disadvantages. The most important of these sources is fission reactors. Reactors have high neutron flux, but they have some disadvantages such as its costs, not portable, lack of possibility to turn on or turn off, radioactive pollution, negative ideas about the safety of reactors. Therefore other neutron sources which have better conditions are interested for BNCT. In this thesis, production of neutron by photoneutron reactions is investigated. For this purpose, electron linear accelerator with energy 510 MeV and current 1.6×10 12 electron per second has been used for Bremsstrahlung radiation. In order to analyze the possibility of using this accelerator for BNCT, production of electrophotons and photoneutrons are simulated by MCNPX code. For this purpose thin and thick targets are analyzed. In thin targets, high energy electrons, produce photons by Bremsstrahlung radiation, then by collision of these photons with second layer as a photoneutron target, neutrons are produced. Tungsten was used as electrophoton target, and cylindrical and half-spherical geometries were investigated. Finally, three optimized electrophoton targets, for maximum photon current, were determined. For Tantalum and Beryllium, and two cylindrical and half-spherical geometries were investigated photoneutron targets. In next step, thick targets were analyzed. In the thick targets, electrophotons and photoneutrons are produced in the same target. In this step, Uranium, Tungsten, Tantalum and Lead were used and cylindrical and half-spherical geometries were investigated. In both stages (thin and thick targets), optimized photoneutron targets for BNCT were chosen base on maximum neutron current, low emission photon pollution, low neutron average energy. Finally, with comparing the optimized targets, thick cylindrical tungsten target with radius 1 cm and thickness 4 cm had the best results for the photoneutrons. This target produce neutron current with 2.73×10 11 n/s which has flux of 8.39×10 9 n/cm 2 .s. The current of emitted photon from this target is 6.11×10 13 p/s and neutron average energy of this target is 1.88 MeV. It seems that this target can provide the needed flux for BNCT. For neutron generator with high intensity based on photoneutron method, high energy and high current electron accelerator need.
یک چشمه‌ی نوترونی مناسب برای نوترون تراپی با بور(BNCT) باید حداقل شار نوترون فوق‌حرارتی از مرتبه‌ی 2 n/s. cm 10 9 را تأمین کند. تاکنون چشمه‌های نوترونی مختلفی از جمله رآکتورهای هسته‌ای، انواع شتاب‌دهنده‌ها، رادیوایزوتوپ‌ها، مولدهای نوترون و ... جهت استفاده در BNCT مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند که هریک، معایب و مزایای خاص خود را دارند. مهم‌ترین این چشمه‌ها، رآکتورهای شکافت است. رآکتورها به‌خوبی می‌توانند شار نوترون مورد نظر را فراهم آورند. اما پرهزینه بودن، قابل حمل و نقل نبودن، نداشتن امکان خاموش و روشن کردن، آلودگی زیاد، عدم پذیرش افکار عمومی مبنی بر ایمن بودن آن و... از جمله معایب رآکتور به‌عنوان چشمه است. به همین دلیل دست‌یابی به یک منبع نوترون که شرایط مساعدتری نسبت به رآکتور داشته باشد و بتواند جایگزین آن شود، یکی از جنبه‌های تحقیقاتی BNCT می‌باشد که مورد توجه قرار گرفته است. در این پایان‌نامه، شتاب‌دهنده‌ی خطی الکترون با انرژی الکترون MeV 510 و جریان الکترون در ثانیه، برای تولید نوترون‌های با انرژی و شار مناسب بر اساس تابش ترمزی مورد ارزیابی قرار گرفته است. به‌منظور ارزیابی امکان استفاده از این شتاب‌دهنده در BNCT، تولید فوتونوترون بر پایه‌ی دو طراحی مختلف صورت گرفت: هدف‌های نازک و هدف‌های ضخیم. برای این منظور تولید فوتون‌ها و فوتونوترون‌ها با استفاده از کد MCNPX شبیه‌سازی شد. در هدف‌های نازک، ابتدا الکترون پرانرژی، با برخورد به هدف الکتروفوتونی، تولید فوتون‌های تابش ترمزی کرده، سپس از برخورد این فوتون‌ها با لایه‌ی دوم به‌عنوان هدف فوتونوترونی، نوترون تولید می‌شود. بنابراین برای بهینه‌سازی چنین هدفی، ابتدا هدف الکتروفوتونی بهینه‌سازی شد. از تنگستن به‌عنوان ماده‌ی هدف الکتروفوتونی استفاده شد و دو هندسه‌ی استوانه و نیمکره مورد بررسی قرار گرفتند. در نهایت سه هدف بهینه‌ی الکتروفوتونی، با معیار بیشینه جریان فوتون، انتخاب شدند. این سه هدف به‌عنوان چشمه‌ی فوتونی، برای هدف‌های فوتونوترونی تعریف شدند. هدف‌های فوتونوترونی نازک، از جنس تانتالیوم و بریلیوم انتخاب شدند و دو هندسه‌ی نیمکره و استوانه مورد بررسی قرار گرفتند. در مرحله‌ی بعدی هدف‌های ضخیم مورد ارزیابی قرار گرفتند. در تولید نوترون به‌وسیله‌ی هدف‌های ضخیم، الکترون پرانرژی با برخورد به یک هدف، تولید فوتون‌های تابش ترمزی کرده و این فوتون‌ها در همان هدف، فوتونوترون تولید می‌کند. در این مرحله از اورانیوم، تنگستن، تانتالیوم و سرب به‌عنوان ماده‌ی هدف فوتونوترونی استفاده شد و دو هندسه‌ی نیمکره و استوانه مورد بررسی قرار گرفتند. در هر دو مرحله، (هدف‌های نازک و هدف‌های ضخیم)، هدف فوتونوترونی بهینه‌ای، با معیار بیشینه جریان نوترون، جریان فوتون خروجی کم و انرژی متوسط نوترون پایین برای BNCT، انتخاب گردید. در نهایت با مقایسه‌ی کل هدف‌های بهینه‌ی به‌دست آمده از هر مرحله، هدف بهینه‌ی نهایی هدفی ضخیم است، که این هدف، یک استوانه از جنس تنگستن با شعاع cm 1 و ضخامت cm 4 می‌باشد.این هدف جریان نوترونی برابر با n/s تولید می‌کند، که شاری معادل با n/cm 2 . s را دارد. جریان فوتون خروجی توسط این هدف برابر با p/s بوده و انرژی متوسط نوترون‌های آن برابر با MeV است. پیش‌بینی می‌شود که این هدف بتواند شار مورد نیاز برای BNCT را تأمین کند. در هر صورت برای داشتن یک مولد نوترونی با شدت بالا براساس روش فوتونوترون، نیاز به شتاب‌دهنده‌های الکترونی پرانرژی و با جریان بالا می‌باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی